استادایرانی دانشگاه«ایلی‌نویز»موفق به کشف اساس مولکولی بیماری آب مروارید شد

دکتر عماد تاج خورشید، بیوفیزیکدان برجسته ایرانی و استاد دانشگاه «ایلی‌نویز» آمریکا و همکارانش با شبیه‌سازی رایانه‌یی عملکرد کانال‌های آب در غشاء سلول‌های عدسی چشم موفق به کشف اساس مولکولی نوع شایعی از بیماری آب مروارید چشم شدند.



به گزارش خبرنگار «پژوهشی» خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، دکتر عماد تاج خورشید، استادیار بخش بیوفیزیک دانشگاه «ایلی‌نویز» در حال حاضر سرپرستی یکی از شناخته‌ شده‌ترین گروه‌های تحقیقاتی فعال در زمینه شبیه سازی ساختارهای سلولی را بر عهده داشته و موفقیت‌های علمی وی و همکارانش طی چند سال اخیر بازتاب وسیعی در مجامع علمی بیولوژی جهان داشته است.


این دانشمند ایرانی که تحصیلات دانشگاهی خود را در دانشگاه علوم پزشکی تهران در رشته‌ داروسازی و دانشگاه «هایدلبرگ» آلمان در مقطع دکتری بیوفیزیک پشت سر گذاشته، در سال ۲۰۰۰ به عنوان محقق پست دکتری به دانشگاه «ایلی‌نویز» آمریکا رفته و در حال حاضر به عنوان استادیار بیوفیزیک در زمینه شبیه‌سازی رایانه‌یی ساختمان و سازوکار عملکرد پروتئین‌های موثر در انتقال مواد از غشاء سلول‌ها فعالیت دارد.


دکتر تاج خورشید سال گذشته با کشف و شبیه‌سازی رایانه‌یی یکی از پیچیده‌ترین فرآیندهای سلولی، جایزه مشترک بنیاد ملی علوم آمریکا و مجله علمی «ساینس» را به خود اختصاص داد.


تحقیقات دکتر تاج خورشید که در ادامه کشفیات دکتر «پیتر آگره» درباره‌ این پروتئین‌ها انجام شده، نقش موثری در تبیین و توسعه کشفیات این دانشمند دانشکده پزشکی دانشگاه «جان ‌هاپکینز» آمریکا و اعطای جایزه نوبل شیمی ۲۰۰۳ به وی داشته است.


دکتر تاج‌خورشید در گفت‌وگویی تلفنی با خبرنگار «پژوهشی» ایسنا، درباره فعالیت‌ها و یافته‌های علمی اخیرش اظهار داشت: من و دانشجویانم روی گروهی از پروتئین‌ها کار می کنیم که در غشاء سلول‌های تمام جانداران حتی در باکتری‌ها و میکروب‌ها وجود دارند و به عنوان کانال انتقال آب در سلول‌ها عمل می‌کنند.


این کانال‌ها به ویژه در سلول‌هایی که باید حجم زیادی از آب را مبادله کنند از اهمیت خاصی برخوردار هستند.


نمونه‌ این قبیل سلول‌ها در بدن انسان سلول‌های کلیه هستند که روزانه صد‌ها لیتر آب را مبادله می‌کنند و اختلال در عملکرد کانال‌های آب در آنها به بیماری‌هایی نظیر دیابت بی‌مزه منجر می‌شود که در آن حجم ادرار بیمار به شدت افزایش می‌یابد.


وی خاطر نشان کرد: عدسی چشم یکی دیگر از اعضای بدن است که وجود این کانال‌ها در آن از اهمیت مضاعفی برخودار بوده و هرگونه اختلال در عملکرد کانال‌های آب در سلول‌های آن می‌تواند به بروز بیماری‌های خاص در آن منجر شود.


کانال‌های آب در سلول‌های عدسی چشم نقش ثانویه بسیار مهمی را نیز ایفاء می‌کنند که نظم بخشیدن و تثبیت سلول‌های عدسی از طریق پیوند محکم پروتئین‌های کانال‌های غشایی در سلول‌های مجاور است.


تاج خورشید تصریح کرد: سلول‌های فیبری موجود در عدسی چشم باید کاملا به یکدیگر متصل باشند چون در صورت کوچک‌ترین اختلال در ارتباط آنها، انکسارنور و شفافیت عدسی کاهش می‌یابد که به این پدیده کاتاراکت (آب مروارید) گفته می‌شود. البته بیماری آب مروارید چشم انواع مختلفی دارد که بر اساس عوامل مختلف کدر کننده عدسی چشم ایجاد می‌شود.



وی خاطرنشان کرد: بررسی چندین خانواده در اروپا که تمام اعضای آنها به طور ارثی به آب مروارید مبتلاء هستند نشان داده که نوعی موتاسیون در یکی از کانال‌های آب در غشاء سلول‌های عدسی چشم آنها سبب بروز این بیماری در چشم آنها شده است. اما نحوه اثر این موتاسیون معلوم نبود که شبیه سازی‌های رایانه‌یی ما نشان داد که تنها با جابجایی یک اسید آمینه ساختمان این پروتئین کاملا دگرگون شده و نمی‌تواند عملکرد خود را حفظ کرد.



به گفته این دانشمند ایرانی، وی و همکارانش با شبیه سازی کاملا موفق انجام شده توانستند در حد اتمی نشان دهند که چگونه جهش یک ژن یا موتاسیون یک اسید آمینه می‌تواند باعث از بین رفتن ساختمان و مختل شدن عملکرد پروتئین در غشاء شود و در واقع توانستند نوع شایعی از بیماری آب مروارید را در جزئی‌ترین حد ممکن و در مقیاس اتمی بررسی کنند.


پژوهشگر ایرانی دانشگاه «ایلینویز» خاطر نشان کرد: اختلال در عملکرد کانال‌های انتقال آب در غشاء سلول که به «آکواپورین» موسومند می‌تواند به بروز برخی بیماری‌های پوستی نیز منجر شود. مبتلایان به این بیماری‌ها پوست بسیار خشکی دارند و در برابر تشنگی و تغییرات آب بدنشان شدیدا حساسند و با مشکلات مختلفی در پوست و چشم و سایر اعضای بدن مواجه می‌شوند.


دکتر تاج خورشید در گفت‌و‌گو با ایسنا خاطر نشان کرد: با این که بیش از یک دهه از شناسایی و تحقیقات درباره این پروتئین‌ها نمی‌گذرد ولی روز به روز نقش فیزیولوژیک آنها بیش از پیش شناخته می‌شود. تحقیقاتی که ما در این زمینه انجام می‌دهیم مدل سازی رایانه‌یی عملکرد این پروتئین‌ها است که کار اصلی آنها انتقال آب از غشاء سلول است. البته در برخی گونه‌ها این پروتئین‌ها به گونه‌ای تکامل یافته‌اند که می‌توانند غیر از آب مواد دیگری را هم انتقال دهند.


استاد بیوفیزیک دانشگاه «ایلی‌نویز» در گفت‌و‌گو با ایسنا اضافه کرد: به عنوان نمونه در انگل مالاریا کانال‌های آب در غشاء سلول علاوه بر آب، مولکول‌های قندی کوچکی را نیز منتقل می‌کنند که برای انگل بسیار ضروری است.


انگل مالاریا هنگامی که به خون انسان یا سایر جانوران راه می‌یابد در مرحله تولید مثل به جذب مقدار زیادی مواد قندی به داخل سلول نیاز مبرم دارد که این کار از طریق همین کانال‌ها انجام می‌شود . البته این کانال‌ها از جهت دیگری هم برای ادامه حیات انگل ضروری هستند و آن وقتی است که انگل در هنگام عبور از کلیه انسان که فشار اسمزی فوق العاده شدیدی دارد باید مقدار آب درون سلول‌هایش را به سرعت تنظیم کند.



وی خاطر نشان کرد: با توجه به شناسایی نقش حیاتی کانال‌های آب و قند در زندگی انگل مالاریا می‌توان با ساخت ترکیبی که بتواند عملکرد این کانال‌ها را مختل کند به دارویی بسیار مؤثر علیه این انگل دست یافت.


دکتر تاج خورشید در ادامه با اشاره به اهمیت بالای پروتیئن‌های غشایی در تحقیقات بیماری شناسی و داروسازی که تقریبا حدود ۵۰ درصد داروهای موجود در بازار بر عملکرد این قبیل پروتیئن‌ها (گیرنده‌های غشایی، کانال‌های غشایی و …) مؤثرند، اظهار داشت: کانال‌های آب (آکواپورین‌ها) که محور تحقیقات ما هستند به نوعی استثنایی‌ترین انواع کانال‌های غشایی هستند چرا که ساختار کریستالی سه بعدی چندین عضو این خانواده کاملا مشخص شده است.


کریستاله کردن این پروتئین‌های غشایی و تعیین ساختار آنها بسیار دشوار و فوق العاده هزینه بر است که با انجام آن، امکان مطالعه این پروتئین‌ها با تمامی جزئیات فراهم شده و می‌توان سازوکار بر هم کنش آنها با داروها، چگونگی افزایش تمایل و قدرت اتصال آنها به داروها و نحوه مهار عملکرد آنها را به سهولت مشخص کرد.


وی در گفت و گو با ایسنا خاطر نشان کرد: با تحقیقات گسترده صورت گرفته ساختمان سه بعدی چندین پروتئین از خانواده آکواپورین‌ها که مربوط به گونه‌هایی از پستانداران و باکتری‌ها هستند مشخص شده است.



دکتر تاج خورشید تصریح کرد: ما در تحقیقات مدل سازی‌مان، ساختار سه بعدی این پروتئین‌ها را که موقعیت هر یک از اتم‌های آنها مشخص است شبیه سازی کرده و در مدل رایانه‌یی غشاء سلول قرار می‌دهیم و با استفاده از ابررایانه‌ها بر هم کنش این سیستم‌های پیچیده بیولوژیک را که از صدها هزار اتم مختلف تشکیل شده‌اند بررسی کرده و نتایج شبیه سازی را مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهیم.



در نتیجه این تحقیقات توانسته‌ایم نحوه عملکرد گروههای مختلف در این پروتئین‌ها را مشخص کرده و تاثیرات جابجایی (موتاسیون) در هر یک از این گروه‌ها را شبیه سازی و پیش‌بینی کنیم که یافته‌های جالب توجه این پژوهش‌ها طی چهار سال اخیر در قالب نزدیک به ۲۰ مقاله در معتبرترین نشریات علمی تخصصی ارائه شده است.


دکتر تاج خورشید درباره چشم انداز بهره‌گیری از یافته‌های این تحقیقات و امکان دستیابی به روش‌هایی برای پیشگیری یا درمان بیماری‌ها  به ایسنا گفت: شناخت اساس مولکولی بیماری‌ها قطعا افق جدیدی در درمان بیماری‌ها در آینده خواهد بود. مثلا در مورد بیماری آب مروارید اگر بتوان آن اسید آمینه مشخصی را که بروز موتاسیون در آن باعث بیماری است با تکنیک‌های ژنتیکی، جابجا کرد، احتمالا می‌توان در درمان بیماری از آن سود جست ولی به هر حال دستیابی به چنین توانایی‌ای بسیار دشوار و زمان‌بر خواهد بود.


وی در پایان تصریح کرد: تاکنون تنها اساس مولکولی تعداد انگشت شماری از بیماری‌ها مشخص شده است که از جمله آنها بیماری خونی گلبول‌های داسی شکل است که موتاسیون مسبب آن شناسایی شده است.


البته در بسیاری از بیماری‌ها این که مثلا فلان پروتئین کار نمی‌کند مشخص است ولی مساله اساسی این است که چرا کار نمی‌کند یا کدام بخش از ساختمان آن دچار مشکل شده چون تنها در این صورت است که می‌توان در آینده داروهایی تولید کرد به محل موتاسیون رفته و فقدان بخش آسیب دیده را جبران کنند.